碳纖維注塑成型工藝及其產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用碳纖維材料制成的產(chǎn)品，尤其是涉及一種用碳纖維材料制成產(chǎn) 品的工藝，屬于碳纖維產(chǎn)品領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]碳纖維(Carbon fibre)材料是一種新興的高科技材料，不僅具有碳材料的固有特 性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。
[0004] 采用碳纖維材料制成的產(chǎn)品具有強(qiáng)度高、重量輕、力學(xué)性能優(yōu)越、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)， 是一種環(huán)保產(chǎn)品，目前主要應(yīng)用于航空、體育用品、機(jī)械、汽車領(lǐng)域、醫(yī)療器械、石油化工工 業(yè)、土木建筑甚至宇航等領(lǐng)域。但存在加工藝復(fù)雜，碳纖維材料與固塑樹脂結(jié)合不夠融合緊 密，在很大程度上影響碳纖維產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，使碳纖維產(chǎn)品使用和推廣受到限制，存在 缺點(diǎn)。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的，在于提供一種采用碳纖維材料和可以固塑的樹脂制成碳纖維復(fù)合 產(chǎn)品的工藝及其產(chǎn)品，解決碳纖維復(fù)合產(chǎn)品存在的加工工藝復(fù)雜，碳纖維材料與固塑樹脂 結(jié)合不夠融合和緊密，影響碳纖維復(fù)合產(chǎn)品性能和質(zhì)量的技術(shù)問題。
[0007] 本發(fā)明碳纖維注塑成型工藝的技術(shù)方案包括六道工序： 1.備料工序-按產(chǎn)品要求選擇碳纖維原材料，2.成形工序-碳纖維原材料成形，3.切邊 工序-成形碳纖維切邊，4.內(nèi)表面涂層工序-成形碳纖維內(nèi)表面涂層，5.注塑工序-成形碳纖 維在模內(nèi)注塑樹脂成型成為產(chǎn)品，6.表面處理工序-注塑成型碳纖維產(chǎn)品經(jīng)表面處理成為 成品。
[0008] 本文所述"成形"是指成為形狀，"成型"是指成為成品。
[0009] 第一道工序備料工序-按產(chǎn)品要求選擇碳纖維原材料:碳纖維原材料為碳纖布、碳 素纖維布、碳纖維編織布、碳纖維預(yù)浸布、碳纖維加固布、碳布、碳纖維織物、碳纖維帶、PC、 PE、植物纖維、碳纖+PC、碳纖+TPU，等等。
[0010] 通常采用PAN基碳纖維布;或者黏膠基碳纖維布;或者瀝青碳纖維布。
[0011] 或者按產(chǎn)品使用溫度采用可以耐高溫2000°c-3000°c的石墨化碳纖維布，或者采 用耐高溫1000°C-2000°C的碳纖維布，或者采用耐高溫100°C-1000°C的預(yù)氧化碳纖維布。
[0012] 第二道工序成形工序-碳纖維原材料成形:將碳纖維原材料按產(chǎn)品形狀進(jìn)行成形， 成形過程中不使用脫模劑，使碳纖維成形后表面無脫模劑殘留?？梢圆捎萌N成形方式： 第一種，熱壓成形，將碳纖維預(yù)浸布、碳纖+PC、碳纖+TPU或者干布平鋪到事先預(yù)熱好的 產(chǎn)品形狀模具(金屬模）當(dāng)中，拐角處不能使碳纖布打皺，（干布成形的話，在此時(shí)需加入適 量的樹脂，其中樹脂包括:熱固性聚酰亞胺樹脂、脲醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰 亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂），然后合 模將模具放置加熱板上使模具達(dá)到120°C到170°C，5到15分鐘后，將模具取下冷卻(此處可 以用氣冷或者水冷)到常溫后開模，這樣固定的形狀的碳纖維半成品就成形了，這種工藝比 較適合中小型產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
[0013] 第二種，真空熱壓吸塑成形，將碳纖維預(yù)浸布或者干布平貼到產(chǎn)品形狀凹模(金屬 ?；蛘咪撃＞?上，（干布成形的話，在此時(shí)需加入適量的樹脂，其中樹脂包括:熱固性聚酰 亞胺樹脂、脲醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹 月旨、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂)在貼好的碳纖布上放上事前成形好的矽膠 片，然后將整套鋁模放入耐高溫的真空袋中，再將此袋放入熱壓罐中，將溫度調(diào)至120°C-180 °C恒溫15-45分鐘左右進(jìn)行固化。此種工藝比較適合外表要求高、尺寸小、精度要求高的 產(chǎn)品，如汽車內(nèi)外裝飾件，精密電子產(chǎn)品，如筆記本電腦外殼，手機(jī)外殼，手表外殼等。
[0014] 第三種，RTM工藝(常溫固化成形），將碳纖預(yù)浸布平貼至玻璃鋼模具或者金屬模具 上，同樣拐角處不能打皺，在上面加一層玻璃纖維，然后用薄膜在玻璃鋼或者金屬模具上進(jìn) 行密封，在模具一端吸入環(huán)氧樹脂，在模具另一端抽出多余的樹脂和汽泡，常溫固化1-3小 時(shí)，產(chǎn)品定形后取出。此種工藝比較適合尺寸大的工業(yè)產(chǎn)品，如汽車前蓋，汽車尾蓋，底盤， 汽車骨架等。
[0015]現(xiàn)在以RTM工藝為例詳細(xì)敘述真空輔助RTM工藝裝置:主要由樹脂注射機(jī)、成形模 具、抽真空設(shè)備三部分組成， 1、樹脂注射機(jī)由計(jì)量栗、注射頭組成，計(jì)量栗含有樹脂栗、固化劑栗及計(jì)量裝置，樹脂 及固化劑經(jīng)計(jì)量栗按一定的比例加壓輸入注射頭中，經(jīng)注射頭混合后注入模具，這種方法 注射速度易于控制，樹脂和固化劑只在注射頭中混合，因而可長(zhǎng)期存放，且注射結(jié)束后易于 清洗。
[0016] 2、成形模具采用金屬制造，金屬模具使用壽命長(zhǎng)(>25000次），表面質(zhì)量良好，模具 結(jié)構(gòu)為組合形式，有定位、鎖緊、開啟、密封裝置，注射口位于模具最低點(diǎn)，排出口在樹脂較 難流到處，抽真空設(shè)備同排出□連接，在注射機(jī)注射樹脂的同時(shí)抽真空，這樣能增加樹脂傳 遞壓力，排除模具及樹脂中的氣泡和水分，并為樹脂在模腔中打開通道，形成完整的通路， 從而大大提尚制品成功率，使得制品質(zhì)量上升。
[0017] 3、工藝特點(diǎn)及材料，RTM工藝的技術(shù)關(guān)鍵是樹脂系統(tǒng)的選擇，為了提高產(chǎn)品的質(zhì) 量，選用了韌性好、同碳纖維親合力強(qiáng)的改性樹脂，其中樹脂包括(熱固性聚酰亞胺樹脂、脲 醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹 月旨、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂)要將樹脂輸送至模腔內(nèi)并迫使樹脂迅速浸潤(rùn)纖維，其粘 度為0.025Pa ? s~0.030Pa ? s為最佳，以加熱壓注方式為好。
[0018]樹脂傳遞壓力是RTM工藝中應(yīng)該控制的主要參數(shù)，此壓力用來克服注入模腔和浸 透碳纖維時(shí)所遇到的阻力，注射壓力必須滿足注射速度的要求，注射操作一般要求就在樹 脂膠凝的1/4~1/2的時(shí)間內(nèi)完成，注射壓力為0.3MPa~0.5MPa.樹脂完成傳遞的時(shí)間與系 統(tǒng)壓力和溫度有關(guān)，時(shí)間短可提高生產(chǎn)效率，但如果樹脂流量太大，膠液就來不及浸透碳纖 維，因此，一般要求在傳遞過程中進(jìn)入模具的樹脂液面上升速度<25mm/min，通過模具上的 觀察口（排出口）來監(jiān)控樹脂傳遞過程。
[0019] 4 ?工藝流程 RTM法可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的產(chǎn)品一次整體性成形，從而簡(jiǎn)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并且減少了組 成零件和聯(lián)接零件的數(shù)量，因而能有效地減輕產(chǎn)品重量，降低工業(yè)消耗和提高產(chǎn)品的使用 性能。
[0020] RTM法成形形狀復(fù)雜的制品比較方便，因?yàn)闃渲诠袒熬哂幸欢ǖ牧鲃?dòng)性，纖 維很柔軟，能依模具形成所要求的形狀和尺寸，這對(duì)單件和小批量產(chǎn)品尤為方便，是金屬制 品工藝無法相比的。
[0021] 第三道工序切邊工序-成形碳纖維切邊，碳纖維原材料成形成為半成品后切邊可 采用兩種方式： 第一種，手工切割打磨，將成形好的碳纖維進(jìn)行余邊打磨，此種方法加工精度低，效率 也相對(duì)比較低，比較適合小批量生產(chǎn)和精度要求不高的產(chǎn)品，如運(yùn)動(dòng)器材類的產(chǎn)品。
[0022] 第二種，CNC電腦銑加工，將成形好的碳纖維半成品固定到夾具上進(jìn)行數(shù)控精銑的方法 去除余量，這個(gè)方法效率高、尺寸精度高，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，加工精度高，比較適合汽車內(nèi) 外裝飾件和結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。
[0023 ]第四道工序內(nèi)表面涂層工序-成形碳纖維內(nèi)表面涂層 成形碳纖維內(nèi)表面涂層是將成形好的碳纖內(nèi)表面噴涂HPM579的膠水，使其與樹脂融合 得